Доменная структура белка CD1d1 мыши. Тяжелая цепь состоит из доменов α1, α2 и α3, которые нековалентно связаны с β-микроглобулином (pdb:6mss). Антигенсвязывающая гидрофобная щель образована доменами α1 + α2. Домен α3 прикрепляет молекулы CD1 к мембранам через трансмембранный сегмент. Кредит: Biology Direct (2024). DOI: 10.1186/s13062-024-00503-z
Ученые обнаружили, что голый землекоп — подземный грызун, живущий до 40 лет — утратил ряд функциональных генов CD1. Семейство генов CD1 у млекопитающих отвечает за синтез белка, который защищает организм от инфекционных заболеваний. Результаты показывают, что иммунная система голого землекопа значительно перестроилась и использует другие — независимые от CD1 — молекулярные механизмы.
Результаты исследования опубликованы в Biology Direct.
Некоторые эпителиальные клетки и клетки иммунной системы (макрофаги, В-лимфоциты, дендритные клетки) млекопитающих, птиц и рептилий несут на своей поверхности белки CD1, имеющие структурное сходство с белками главного комплекса гистосовместимости (MHC), которые играют важную роль в развитии иммунитета.
Если в организме появляется инородный объект, например бактерия, эти молекулы помогают предупредить другой тип иммунных клеток, называемых Т-лимфоцитами, которые способствуют разрушению инфицированных клеток и тем самым предотвращают распространение инфекции. Это происходит потому, что, как и флаги, белки CD1 выставляют клетки, бактериальные липиды и их производные на поверхность, по которым можно легко идентифицировать патоген.
Строение и количество генов CD1 сильно различаются у разных животных. Например, у мышей их два, у крыс — один, а у морских свинок — целых девять. Поскольку большинство доклинических испытаний лекарств проводится на этих конкретных животных, поиск и идентификация их функциональных молекул CD1 особенно важны для правильной интерпретации результатов фундаментальных и прикладных исследований. Однако не известно ни одного вида млекопитающих, который бы полностью утратил свои белки CD1.
Ученые из Балтийского федерального университета им. Иммануила Канта (Калининград), Института молекулярной биологии РАН (Москва), Института молекулярной клеточной биологии СО РАН (Новосибирск), Московского государственного университета (Москва) и Каролинского института (Швеция) и их коллеги описали эволюцию генов CD1 у грызунов.
Для этого ученые провели биоинформатический анализ последовательностей, ответственных за синтез белка CD1 в геномах 18 различных видов грызунов, и реконструировали соответствующие структуры белков. Авторы впервые обнаружили, что голый землекоп (Heterocephalus glaber) утратил часть своих рабочих (функциональных) генов CD1.
Это животное относится к гистрикоморфам и характеризуется необычайно большой для грызунов продолжительностью жизни — до 40 лет. Поэтому голые землекопы важны для исследования механизмов старения. Выявленное авторами отсутствие белков CD1 указывает на еще одну необычную черту этого грызуна — нетрадиционные механизмы иммунной системы.
«Недавние исследования иммунной системы голого землекопа показали отсутствие естественных клеток-киллеров Т, которые принимают участие в удалении клеток, инфицированных вирусами и бактериями, а также опухолевых клеток. Поскольку для развития естественных клеток-киллеров Т необходимо наличие функционально активного гена CD1, мы предположили, что иммунный ответ голого землекопа происходит иначе, независимо от естественных клеток-киллеров Т», — поясняет участник проекта, кандидат биологических наук, научный сотрудник Научно-исследовательской лаборатории ИМБ и механизмов апоптоза МГУ Алексей Замараев.
«Эти факты подчеркивают уникальность иммунной системы голого землекопа. Вероятно, что утрату части белков CD1 и естественных Т-клеток-киллеров у голых землекопов компенсируют другие иммунные клетки — миелоидные клетки иммунной системы и другие типы хорошо развитых Т-лимфоцитов этих животных», — продолжает Замараев.
Анализ также показал, что белки CD1, которые сильно различаются по структуре, характерны для представителей подотряда Myomorpha. Их родственники из подотрядов Sciuromorpha, Castorimorpha и Hystricomorpha имеют более консервативные — менее различающиеся — белки. Это подчеркивает, что именно эти подотряды являются более древними в эволюционном плане.
«В дальнейшем мы планируем изучить другой тип молекул с такой же, как у белков CD1, функцией — белки MR1, которые вводят (или показывают) метаболиты рибофлавина или другие бактериальные антигены специфическим Т-лимфоцитам», — говорит Константин Гунбин, другой участник проекта, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Центра геномных исследований БФУ.
«Мы надеемся, что полученные данные позволят нам понять не только фундаментальные особенности иммунной системы разных животных, но и выявить закономерности целенаправленной активации Т-клеток, специфичных к CD1, и запуска иммунного ответа на различные патогены», — добавляет Гунбин.
Дополнительная информация: Константин В. Гунбин и др., Особенности семейства генов CD1 у грызунов и уникальность иммунной системы голого землекопа, Biology Direct (2024). DOI: 10.1186/s13062-024-00503-z
Предоставлено Научным проектом Ломоносов
